Физики Сибирского федерального университета (СФУ) вместе с коллегами из Королевского технологического института (Стокгольм, Швеция) показали, что "тяжелая вода" меняет свои свойства при облучении рентгеновским излучением. Результаты работы ученых опубликованы в журналеScientific Reports, они помогут в разработке механизмов контроля химических реакций с помощью излучения.
"Авторы работы обнаружили, что свойство локализации колебаний нарушается при облучении молекулы рентгеновским излучением", - сообщается в пресс-релизе СФУ.
"В молекуле воды оба атома водорода (Н) колеблются одновременно, - рассказывает один из авторов исследования, профессор Фарис Гельмуханов (Швеция). - Они могут совершать симметричные колебания, синхронно удаляясь или приближаясь к центральному атому кислорода (О), и могут совершать антисимметричные колебания, при которых будут двигаться в одну сторону, но в обоих случаях атомы водорода колеблются согласованно. Такие колебания называют делокализованными".
Эта картина качественно меняется, если заменить один из атомов водорода атомом дейтерия (D), который тяжелее в два раза. В такой асимметричной молекуле HOD колебания атомов становятся локализованными: то есть легкий атом водорода и тяжелый атом дейтерия колеблются вокруг центрального атома кислорода независимо и с разными частотами.
Все меняется при облучении рентгеновским излучением - такое воздействие переводит молекулу тяжелой воды НОD в возбужденное состояние, в котором водород и дейтерий колеблются опять синхронно, как в обычной молекуле воды.
"Легкий атом водорода двигается быстрее, чем тяжелый атом дейтерия и именно этой асимметрией в кинетической энергии объясняется рассинхронизация колебаний в невозбужденных молекулах тяжелой воды, - объясняет профессор Гельмуханов. - Однако, с точки зрения электростатики, атомы H и D, абсолютно одинаковые - у них одинаковые заряды".
Квантовые расчеты ученых показали, что в возбужденной рентгеновским излучением молекуле этот второй фактор ("симметричная" электростатика) перевешивает первый ("асимметричная" кинетическая энергия), именно поэтому движения атомов H и D становятся согласованными.
Обнаруженное "сосуществование" делокализованных и локализованных колебаний в молекулах, по словам ученых, является исключительно важным фактом для исследований миграций колебательных возбуждений в твердых телах и жидкостях. Результаты работы помогут в изучении процессов переноса энергии в конденсированных средах и разработке механизмов контроля фотостимулированных химических реакций.